一種改進型結構材料馬氏體鋼及其制備方法，基體為Fe元素，其中含有C?0.05~0.15%，Mn?0.30~0.60%，Si?0.20~0.50%，Cr?8.0~9.5%，Mo?0.85~1.05%，V?0.18~0.25%，Ta+Nb?0.05~0.30%，N?0.003~0.07%，高溫性能和抗腐蝕性能優異，同時抗強中子輻照。該結構鋼配方采用微合金元素Ta部分或全部替代T/P91中的Nb，對MX型析出相進行了細化，提高其熱穩定性能，從而進一步改善了材料的高溫性能并提高了其高溫服役時的安全可靠性，適合在ADS反應堆及其它先進反應堆下使用，同時也可以在其它高溫環境下使用。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種結構材料馬氏體耐熱鋼及其制備方法，具有很好的耐高溫強度(蠕變和熱疲勞)、抗腐蝕性和抗氧化性，同時可抗強中子輻照。它適用于ADS反應堆，另外也適應于在其它先進反應堆及高溫環境下使用。
技術介紹
ADS反應堆是一種嬗變核廢料和產生潔凈核能的新型核能系統，其獨特的輻照條件和腐蝕問題，對候選結構材料提出更為苛刻的要求。目前國際上對ADS堆用結構材料的研究主要集中在馬氏體/鐵素體耐熱鋼，其主要特征是在傳統耐熱鋼的基礎上降低含碳 量，嚴格限制硫、磷含量，添加少量釩和鈮進行合金化，以保證其具有高溫耐腐蝕性和強度。作為反應堆結構材料，要求其具有高的上限使用溫度以及長時高溫服役下的相穩定性以提高反應堆的經濟性和安全性。現有結構材料商用馬氏體耐熱鋼T/P91由于具有良好的抗輻照和腐蝕能力以及較好的高溫性能，被國際上普遍認為可以作為ADS反應堆的首選結構鋼材料。但該結構鋼材料距ADS反應堆應用要求仍有不足之處，如高溫性能需要進一步提高。
技術實現思路
針對現有馬氏體耐熱鋼存在的問題，通過細化MX型析出相，提出一種改進型結構材料馬氏體鋼耐熱鋼，其高溫性能和析出相熱穩定性較T/P91均有顯著提高。本專利技術的技術方案如下一種改進型結構材料馬氏體耐熱鋼，其中C 0. 05 0. 15%，Mn 0. 30 0. 60%，Si 0. 20 0. 50%, Cr 8. 0 9. 5%, Mo 0. 85 I. 05%, V 0. 18 0. 25%, Ta+Nb 0. 05 0. 30%, N0. 003 0. 07%, P ( 0. 02%, S ^ 0. 01%, Al ( 0. 04%, Ni ( 0. 4%，余量為 Fe。該鋼中采用合金元素Ta部分或全部替代T/P91中的Nb，通過細化MX型析出相，提高了高溫使用性能。其最終熱處理制度950-1100°C保溫20-40min后淬火，然后730_78(TC保溫60-100min后回火，回火后得到完全回火馬氏體組織。本專利技術的原理本專利技術從對結構材料的高溫性能和析出相穩定性等方面考慮，對現有的馬氏體耐熱鋼T/P91的配方成分進行了進一步深入研究與優化。微合金元素Nb在T/P91中主要是通過形成穩定的析出相NbC以Orwan機制的方式實現第二相強化阻礙位錯的移動來改善高溫性能，第二相尺寸和熱穩定直接關系到強化效果。本專利技術用Ta元素來部分或全部替代T/P91中的Nb，通過生成更為穩定的和尺寸更為細小的TaC來改善T/P91的高溫性能，提高其使用溫度和高溫服役安全性，對發展ADS反應堆具有重要意義。Nb (C，N)析出相在650°C時效 IOOOOh后，平均尺寸為2(T40nm ;Ta (C，N)析出相在60(T650°C時效30000h時后，平均尺寸為17_23nm，即使在750°C時效 lOOOh，Ta(C, N)析出相尺寸也不超過30nm。此外,熱力學計算和實驗結果均表明,TaC析出相的熱穩定性高于 NbC。與T/P91相比，改進后的結構材料具有更為細小的析出相，其熱穩定性更高，從而提高了材料的高溫性能以及長時高溫服役下的安全性。本專利技術制備的結構鋼材料通過Ta部分或全部替代T/P91中的Nb，在保留T/P91優良性能的基礎上實現了 MX型析出相的細化，進一步提高了材料的高溫性能和使用安全性。利用本專利技術的馬氏體耐熱鋼作為ADS反應堆的結構材料，可使ADS反應堆系統成為真正意義上的清潔能源，有利于提高其發電效率和安全性。本專利技術與現有技術相比的優點在于(I)本專利技術從細化MX型析出相的角度提出用Ta部分或全部替代T/P91中的Nb，通過生成更為細小和穩定的TaC析出相來進一步改善T/P91的高溫性能，提高其使用溫度 和高溫服役條件下的使用安全性，適合在ADS反應堆及其它先進反應堆下使用，同時也可以在其它高溫環境下使用。(2)具有很好的耐高溫強度(蠕變和熱疲勞)、抗腐蝕性和抗氧化性，同時可抗強中子輻照。它適用于ADS反應堆，另外也適應于在其它先進反應堆及高溫環境下使用。具體實施例方式下面結合具體實施例詳細介紹本專利技術。但以下的實施例僅限于解釋本專利技術，本專利技術的保護范圍應包括權利要求的全部內容，不僅僅限于本實施例。實施例I :第一步按照成分配比(C0. 10%, Mn 0. 45%, Si 0. 30%, Cr 9. 0%, Mo I. 0%, V0. 20%, Ta 0. 10%, Nb 0. 05%, N 0. 01%, P 彡 0. 02%, S 彡 0. 01%, Al ( 0. 04%, Ni 彡 0. 4%，余量為Fe)和合金燒損量配備原材料。第二步在真空感應爐中根據合金元素的燒損和揮發特性依次加入合金原料，熔煉制備出成分合格的鑄錠。加料原則易氧化合金元素脫氧充分后加入，易揮發合金元素氣氛保護下或者熔煉末期停止抽真空后加入。第三步鍛造和軋制，制備出所需的型材鍛造初始鍛造溫度1150°C，保溫時間lh，終鍛溫度900°C，鍛造比5 ；軋制退火溫度1050°C，保溫時間lh，終軋溫度800°C，冷卻方式為空冷，總變形量90%。其最終熱處理制度980°C保溫30min后淬火，然后760°C保溫90min后回火，回火后得到完全回火馬氏體組織。對組織進行觀察發現MX型析出相主要為Nb (C，N)和Ta (C，N)，其中Nb (C，N)平均尺寸為30nm，Ta (C，N)平均尺寸為20nm。相比T/P91中的平均尺寸為30nm的Nb(C，N)析出相，實施方案通過加入Ta部分替代Nb，獲得了更為細小的Ta (C，N)析出相，其平均尺寸為20mn，從而細化了析出相。實施例2 第一步按照成分配比(C0. 15%, Mn 0. 50%, Si 0. 35%, Cr 8. 5%, Mo I. 05%, V0.25%, Ta 0. 15%, N 0. 005%, P 彡 0. 02%, S 彡 0. 01%, Al ( 0. 04%, Ni ( 0. 4%,余量為 Fe)和合金燒損量配備原材料。第二步在真空感應爐中根據合金元素的燒損和揮發特性依次加入合金原料，熔煉制備出成分合格的鑄錠。加料原則易氧化合金元素脫氧充分后加入，易揮發合金元素氣氛保護下或者熔煉末期停止抽真空后加入。第三步鍛造和軋制，制備出所需的型材鍛造初始鍛造溫度1150°C，保溫時間70min，終鍛溫度850°C，鍛造比6 ;軋制退火溫度1050°C，保溫時間75min，終軋溫度850°C，冷卻方式為空冷，總變形量95%。其最終熱處理制度1000°C保溫40min后淬火，然后780°C保溫IOOmin后回火，回火后得到完全回火馬氏體組織。 對組織進行觀察發現MX型析出相主要為Ta (C，N)，平均尺寸為20nm。相比T/P91中的平均尺寸為30nm的Nb (C，N)析出相，實施方案通過加入Ta完全替代Nb，析出相主要為Ta (C，N)，其平均尺寸為20mn，從而細化了 MX型析出相?？傊緦＠夹g通過采用Ta部分或全部替代T/P91中的Nb，對新型結構鋼的MX型析出相進行了細化，其尺寸從2(T40nm降低到17 23nm，熱穩定性進一步提高。在保持T/P91原有優良性能的同時進一步改善了材料的高溫性能，同時提高了高溫服役時的安全可本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種改進型結構材料馬氏體耐熱鋼，其特征在于各成分質量百分比為：C？0.05~0.15%，Mn？0.30~0.60%，Si？0.20~0.50%，Cr？8.0~9.5%，Mo？0.85~1.05%，V？0.18~0.25%，Ta+Nb？0.05~0.30%，N？0.003~0.07%，P≤0.02%，S≤0.01%，Al≤0.04%，Ni≤0.4%，余量為Fe。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：劉少軍，黃群英，夏志新，李春京，吳宜燦，
申請(專利權)人：中國科學院合肥物質科學研究院，
類型：發明
國別省市：
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